一种钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备论文和设计-不公告发明人

全文摘要

本实用新型涉及一种钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备，包括光探测器、分光光度计以及检测分析系统，光探测器探测到的光线信号通过分光光度计分析后传输至检测分析系统，在真空密封舱内设置有加热钙钛矿太阳能电池基片的加热装置，在真空密封舱的下部设置光源，光源的光线通过下透光孔垂直射入真空密封舱内并透过钙钛矿太阳能电池基片及加热装置的透光孔后再通过真空密封舱的上透光孔从真空密封舱内出来，光探测器对准上透光孔监测透过上透光孔的光线。本实用新型通过监测钙钛矿薄膜的生产过程中的性能参数，控制其反应进程，提高各批次钙钛矿薄膜生产的重复性。

主设计要求

1.一种钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备，其特征在于，包括光探测器、分光光度计以及检测分析系统，所述光探测器探测到的光线信号通过分光光度计分析后传输至检测分析系统，所述光探测器探测来自真空密封舱内的光线，在所述真空密封舱内设置有加热钙钛矿太阳能电池基片的加热装置，以及被蒸发控制系统控制的蒸发源，在所述真空密封舱的下部设置光源，在所述真空密封舱的底壁设置下透光孔，在所述加热装置上设置透光孔，在所述真空密封舱的顶壁设置上透光孔，所述光源的光线能够通过下透光孔垂直射入真空密封舱内并透过钙钛矿太阳能电池基片及加热装置的透光孔后再通过真空密封舱的上透光孔从真空密封舱内出来，所述光探测器正对准上透光孔以便监测透过上透光孔的光线，所述检测分析系统的分析数据反馈至蒸发控制系统。

设计方案

2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备，其特征在于，在所述加热装置上设置有活动挡板，所述活动挡板活动地设置在加热装置的透光孔处，用于遮蔽和打开该透光孔。

3.如权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备，其特征在于，所述活动挡板由检测分析控制系统控制。

4.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备，其特征在于，所述分光光度计测定的是某特定波长范围的紫外-可见吸收光谱。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池生产设备的技术领域，特别涉及一种太阳能电池生产的实时监测设备。

背景技术

太阳能电池是一种光电转换器件，利用半导体的光伏效应将太阳能转化为电能。发展至今，太阳能发电已经成为除水力发电和风力发电之外最重要的可再生能源。现用于商业化的半导体有单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒等等，但大多能耗大、成本高。

近年来，一种钙钛矿太阳能电池受到广泛关注，这种钙钛矿太阳能电池以有机金属卤化物为光吸收层。钙钛矿为ABX_{3<\/sub>型的立方八面体结构。此种材料制备的薄膜太阳能电池工艺简便、生产成本低、稳定且转化率高。自2009年至今，光电转换效率从3.8%提升至22%以上，已高于商业化的晶硅太阳能电池且具有较大的成本优势。}

各种钙钛矿太阳能电池薄膜成型工艺可分为两大类：溶液法和气相法。溶液法操作简便，但薄膜均一性、重复性差，影响电池的效率。气相法有双源共蒸发法、气相辅助溶液法、化学气相沉积（CVD）等方法，其中气相溶液辅助法可制备晶粒均一、大晶粒尺寸、表面粗糙度小的钙钛矿薄膜，但各批次的重复性有待提高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备，通过监测钙钛矿薄膜的生产过程中的各类性能参数，控制其反应进程，提高各批次钙钛矿薄膜生产的重复性。

本实用新型是这样实现的，提供一种钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备，包括光探测器、分光光度计以及检测分析系统，所述光探测器探测到的光线信号通过分光光度计分析后传输至检测分析系统，所述光探测器探测来自真空密封舱内的光线，在所述真空密封舱内设置有加热钙钛矿太阳能电池基片的加热装置，以及被蒸发控制系统控制的蒸发源，在所述真空密封舱的下部设置光源，在所述真空密封舱的底壁设置下透光孔，在所述加热装置上设置透光孔，在所述真空密封舱的顶壁设置上透光孔，所述光源的光线能够通过下透光孔垂直射入真空密封舱内并透过钙钛矿太阳能电池基片及加热装置的透光孔后再通过真空密封舱的上透光孔从真空密封舱内出来，所述光探测器正对准上透光孔以便监测透过上透光孔的光线，所述检测分析系统的分析数据反馈至蒸发控制系统。

进一步地，在所述加热装置上设置有活动挡板，所述活动挡板活动地设置在加热装置的上透光孔处，用于遮蔽和打开该上透光孔。

进一步地，所述活动挡板由检测分析控制系统控制。

进一步地，所述分光光度计测定的是某特定波长范围的紫外-可见吸收光谱。

与现有技术相比，本实用新型的钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备，钙钛矿太阳能电池基片的蒸镀生产过程中其表面沉积生成的薄膜厚度有规律地、持续地影响透过其光线的波长，对此透过的光线进行阶段性或连续性测试，通过检测分析系统自动调节蒸镀参数，从而达到控制蒸镀反应进程，提高各批次钙钛矿薄膜生产的重复性目的。本实用新型可与各类气相蒸发设备结合制备钙钛矿太阳能电池薄膜，在不同时刻或阶段性监测钙钛矿薄膜生产过程的各类性能参数，从而控制薄膜的化学反应进程，使金属卤化物与卤化物蒸汽反应完全。

附图说明

图1为本实用新型钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备一较佳实施例的立体示意图；

图2为钙钛矿太阳能电池基片薄膜在制备的不同反应阶段测试得到的紫外光谱图；

图3位制备的钙钛矿太阳能电池的JV曲线图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

首先说明现有的钙钛矿太阳能电池薄膜的生产方式。

第一步、首先在利用旋涂、刮涂、真空沉积等方法在玻璃基底上沉积一种或多种金属卤化物BX_{2<\/sub>薄膜。}

第二步、将第一步制成的钙钛矿太阳能电池基片放入真空密封舱进行蒸镀加工，密封舱内下方放置一个或多个蒸发源蒸发反应物AX，蒸发反应物AX与钙钛矿太阳能电池基片上的金属卤化物BX_{2<\/sub>进行化学反应生成ABX_{3<\/sub>型薄膜。}}

第三步、蒸镀完成后取出钙钛矿太阳能电池基片进行后续加工。

在第一步中，B为二价金属阳离子，可为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中任意一种阳离子，X为碘、溴、氯、砹中任意一种阴离子。BX_{2<\/sub>薄膜厚度在80nm~300nm。}

在第二步中，A为铯、铷、胺基、脒基或者碱族中任意的一种阳离子，X为碘、溴、氯、砹中任意一种阴离子。制备的钙钛矿ABX_{3<\/sub>型薄膜厚度为100nm~500nm。}

请参照图1所示，本实用新型钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备的较佳实施例，适用于制备前述的钙钛矿太阳能电池及其他光电器件。本实用新型钙钛矿太阳能电池生产的实时监测设备的较佳实施例，包括光探测器1、分光光度计2以及检测分析系统3。所述光探测器1探测到的光线信号通过分光光度计2分析后传输至检测分析系统3。

所述光探测器1探测来自真空密封舱5内的光线。在所述真空密封舱5内设置有加热钙钛矿太阳能电池基片4的加热装置6。所述钙钛矿太阳能电池基片4放置在加热装置6的下部。所述钙钛矿太阳能电池基片4放置在真空密封舱5内进行蒸镀加工生产。在所述真空密封舱5内设置有被蒸发控制系统控制的蒸发源7。在本实施例中，在所述真空密封舱5设置了多个蒸发源7。

在所述真空密封舱5的下部设置光源8。在所述真空密封舱5的底壁设置下透光孔9。在所述加热装置6上设置透光孔10。在所述真空密封舱5的顶壁设置上透光孔12。所述光源8的光线能够通过下透光孔9垂直射入真空密封舱5内并透过钙钛矿太阳能电池基片4及加热装置6的透光孔10后再通过真空密封舱5的上透光孔12从真空密封舱5内出来。所述光探测器1正对准上透光孔12以便监测透过上透光孔12的光线。所述检测分析系统3的分析数据反馈至蒸发控制系统（图中未示出）。

在所述加热装置6上设置有活动挡板11。所述活动挡板11活动地设置在加热装置6的透光孔10处，用于遮蔽和打开该上透光孔。所述活动挡板11由检测分析系统3控制。当需要进行紫外-可见吸收测试时活动挡板11自动打开。而当不需要进行测试时，活动挡板11自动关闭。

所述分光光度计2测定的是某特定波长范围的紫外-可见吸收光谱。

所述光源8发出的紫外\/可见光波长范围为200-900nm，所述金属卤化物薄膜在530nm左右有一个吸收边带，随着反应的进行，此吸收边带逐渐消失，而在800nm左右钙钛矿的吸收边带逐渐增强。

本实用新型的实时监测设备可在各种制造钙钛矿电池的蒸发系统中共同或单独使用，也可与其他测试方法结合使用。分光光度计2在反应过程中的测试次数与时间间隔可在检测分析系统3中设置。

在制造钙钛矿太阳能电池的蒸镀反应过程中，本实用新型可利用反应不同阶段测试得到的某特定波长范围的紫外-可见吸收光谱分析蒸镀得到的钙钛矿薄膜的变化规律，以便分析得到蒸发反应的最优参数；也可通过已知变化规律及实时测试信息分析此阶段钙钛矿薄膜的反应状况，从而控制反应进程或其他蒸镀参数。

下面结合具体实施例来说明本实用新型的钙钛矿成膜的实时监测设备的使用。

实例1：

一种钙钛矿成膜的太阳能薄膜电池的制备过程方法包括以下步骤：

（1）将2.5×2.5cm的ITO玻璃板依次经洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声各清洗30min，再用N_{2<\/sub>吹干后经UV O-zone处理10min；}

（2）旋涂PEDOT:PSS，90℃~150℃烘干5min~20min，制备得到空穴传输层；

（3）将PbI_{2<\/sub>溶解于DMF中，浓度为1.2M，70℃搅拌2h，在PEDOT:PSS上层旋涂得到PbI_{2<\/sub>薄膜，70℃~100℃退火5min~60min；}}

（4）将沉积有PbI_{2<\/sub>薄膜的基片放入真空密封舱，开启蒸发源蒸发MAI；}

（5）开启光源及分光光度计，光探测器实时地监测由钙钛矿太阳能电池基片反射的光线并通过分光光度计接收分析处理后传输至检测分析系统，在检测分析系统中设置测试时间间隔，反应前1h、30min\/次，反应后半小时、10min\/次；

（6）反应结束，从真空密封舱内取出制备好的钙钛矿太阳能电池基片，在钙钛矿太阳能电池基片上沉积电子传输层PCBM；

（7）蒸镀金属导电层Au电极，得到太阳能电池。

图2为钙钛矿太阳能电池基片薄膜在制备的不同反应阶段测试得到的紫外光谱图，PbI_{2<\/sub>薄膜在530nm左右有一个吸收边带，随着反应的进行，此吸收边带逐渐消失，而在800nm左右钙钛矿的吸收边带逐渐增强。}

图3为采用本实用新型的钙钛矿成膜的实时监测设备及其监测方法制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线，从图中可以看出使用此法制得的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达16.52%。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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